هناك سبب لاحتراق البطاريات غالبًا، ولا يقتصر الأمر على غالاكسي نوت 7، فما هو هذا السبب؟
اعتمدنا طوال حياتنا على البطاريات في كل شيء من أجهزة الموبايل إلى السيارات والمصابيح اليدوية، ولكن ثقتنا في التكنولوجيا قد تزعزعت في الآونة الأخيرة.
توجب على الكثير من المسافرين جوًا تسليم هواتفهم من نوع سامسونغ غالاكسي نوت 7 في الأسابيع الأخيرة بسبب اعتبار بطارية الجهاز مسببًا لخطر الحريق، في حين تسبّب أولئك الذين تركوا أجهزتهم في حقائبهم تأخيرًا في الإقلاع وقلقًا للمُسافرين.
كان من المفترض أن تكون هذه البطاريات تحسينًا للتصميم السابق الذي أعادت الشركة على إثره استدعاء 2.5 مليون وحدة منه في شهر سبتمبر والذي أِعتُبِرَ أيضًا معرضًا لخطر الإحتراق. وحتى بطاريات الهواتف الأخرى، فقد عُدّت عرضة للاشتعال أيضًا.
وفي الوقت ذاته، فإن شركات الطيران قد منعت ألواح التزلج (hoverboards) قبل عدة أشهر من الآن، أيضًا بسبب اعتبار بطاريات الجهاز معرضة لخطر الإحتراق. كما أننا نرى المئات من حوادث احتراق البطاريات في السيارات الكهربائية، وخصوصًا في الصين. فما الذي يُسبب حدوث كل هذه المشاكل؟
استخدام الليثيوم
تبدأ القصة منذ بدايات التسعينيات عند بدء استخدام بطاريات الليثيوم-أيون وشيوعها في الهواتف والأجهزة الأخرى. الليثيوم هو عنصر فلزي خفيف الوزن وهو أقل خطرًا من مواد البطاريات المستخدمة سابقًا كالكادميوم أو الرصاص. وبعكس البطاريات الأولى (ذات الاستخدام الواحد)، فإنه يمكن إعادة شحن بطاريات الليثيوم-أيون آلاف المرات.
كما احتوت بطاريات الليثيوم-أيون على ابتكار ذكي آخر وهو التصميم الهيكلي المُفصل المضغوط للبطارية ذات الطبقات. وقد حسّن هذا من المسارات الحرارية وأنظمة التحكم بالطاقة المُصاحبة؛ والتي يتم التحكم بها بواسطة برامج تمنع (عادة) الشحن الزائد أو التفريغ الزائد للخلايا. تم تحسين هذه التصاميم أكثر فأكثر منذ منتصف التسعينيات بفضل الاستثمار الشره في التكنولوجيا وما صاحبها من ظهور أجهزة.
نمت كثافة الطاقة التي يمكن للخلية تحقيقها من 100 واط في الساعة لكل كيلو إلى 270 واط في الساعة لكل كيلو، ما يعني أن بإمكانك الحصول على طاقة أكبر بكثير في مساحة أصغر. وقد كان ذلك بالطبع أمرًا ضروريًا بسبب تقدم الالكترونيات الاستهلاكية الحديثة التي فيها حجم الجهاز ووزنه ميزات رئيسية من ميزات البيع والتسويق.
ولكن مع المزيد من الطاقة تأتي المزيد من الحرارة، وعندما يسخُن داخل البطارية فإن المساحة الفعلية للتغليف والتوسع تصبح حرجة بشكل متزايد.
إن السباق نحو إنتاج منتجاتٍ أفضل والهيمنة على حصة السوق بين المنافسين قد تطلب كمياتٍ هائلة من عمليات التصنيع. وضمن تلك العمليات، يبدو وكأنه لم يُنظر بما يكفي لقضايا السخونة هذه، وأن المنتجات الجديدة الناشئة لم تخضع لاختبار زمني كافٍ.
أدى ذلك إلى بطارياتٍ يُمكن أن تنفجر تلقائيًا فور تعرضها إلى احتكاكٍ مفاجئ أو حرارةٍ خارجية.
لا يقتصرُ الأمرُ على تلف المُنتج نفسه، وإنما قد تتسبب بنشوب حريق في المُحيط ايضًا. وقد بدأنا فعلًا برؤية تلك المشاكل قبل عقدٍ من الآن، ولكنها اصبحت اليوم أكثر شيوعًا، ومن الواضح أن الحصيلة ستكون كارثية لبعض الشركات المعنية.
من وجهة نظر المستهلك، هنالك جوابين محتملين: إما قبول بطاريات ذات أعمار أقصر وبالتالي عدد مرات شحن جهاز أكثر؛ أو أن تتبنى مبدأي في الامتلاك المتأخر للتكنولوجيا الرائدة. وهذا يعني انتظارك لحوالي ستة أشهر على الأقل.
الحماية المستقبلية
قد يتساءل البعض ما إذا كانت هناك مخاطر أخرى تلوح في الأفق. إن الجواب هو نعم، للأسف. إنَ شهية الاستثمار للبطاريات تنتج مجموعة واسعة من الأجهزة للاستخدام على نطاق واسع، كمواقف البطاريات للمناطق السكنية المستقبلية والتي يشار إليها أحيانًا بالمُدن الذكية المُتكيفة (smart and resilient cities).
ستستخدم هذه المواقف لتسهيل عملية تزويد الطاقة، وتقديم خزين طوارئ، وتحفظ الطاقة من المصادر كمزارع الرياح التي لا يمكنها أن تنتج طوال الوقت.
الفكرة ممتازه. ويجري بالفعل استخدام أنظمة مختلفة من بطاريات تدفق الأكسدة – اختزال redox flow batteries»» التي تحتوي إما على الليثيوم أو الفاناديوم في تشغيل المناطق السكنية في الولايات المتحدة وأوروبا.
على سبيل المثال، تمتلك بلدة (Braderup) شمالي ألمانيا نظامًا لإنتاج 2 ميغا واط من الطاقة ويمكنه خزن 2 ميغا واط في الساعة، ما يصل إلى ثلاث ساعات من الطاقة الصادرة من توربين رياح بري اعتيادي. وفي ولاية واشنطن في الولايات المتحدة، فإن النظام الظاهر في الصورة السفلى يُستخدم في تشغيل المختبرات:
تعتبر الصين لاعبًا رئيسيًا في هذا القطاع.
أبلغت منشآت التجارب الحالية في (Zhangbei)، وهي بلدة قريبة من العاصمة الصينية بكين، عن اختبارها لأنظمة من 14 ميغا واط وأعلنت مؤخرًا عن خطط لإنشاء منشأة تخزين بسعة 500 ميغا واط في الساعة مع نية لتقديم 64 جيجا واط من الطاقة عبر الصين بحلول عام 2020، وهو ما يكفي ربما لـ 50 مليون منزل.
المشكلة أن الشدة الكلية وحجم الطاقة في مثل هذه المواقف يعزز إحتمالية حدوث إنفجار خطير فضلًا عن خطر الحريق. ولو أردنا أن نتجنب مثل هذه العواقب، فإنه يتوجب على المصممين تعلم الدروس من البطاريات الأصغر. كما أن إيلاء اهتمام وثيق بالأمان والفحص الملائم سيكون أمرًا أساسيًا.
وبصرف النظر عن هذه المخاطر، علينا أيضًا أن نضع في اعتبارنا أن البطاريات مستهلكة كبيرة للموارد. يندر الحديث أيضًا عن التكلفة العالية لإعادة استخدام وإعادة تدوير البطاريات.
باختصار، التحدي الحقيقي والفرصة هي البحث عن وسيلة لخزن الطاقة من دون استخدام بطاريات على الإطلاق. وهذه هي قصة أخرى تمامًا.
ترجمة: أحمد السراي
تدقيق: أسامة القزقي
المصدر
